KR100508075B1 - 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘트라스트 및 해상도를 향상시키는 포토마스크에 관한 것으로, 마스크 기판 상에 광차단막 패턴을 형성한다. 상기 광차단막 패턴 상에 투명한 물질로 제 1 매질층을 형성하고, 상기 제 1 매질층 상에 광학축을 갖는 제 2 매질층을 형성하고, 상기 제 2 매질층 상에 0차 회절광을 어느 정도 컷 오프 시키는 방향성을 갖는 제 1 편광판을 형성한다. 상기 제 1 편광판 상에 상기 제 2 매질층이 갖는 광학축과 90 도의 위상차를 갖는 물질로 형성된 제 3 매질층을 형성하고, 상기 제 3 매질층 상에 상기 제 1 편광판과 같은 방향성을 갖는 제 2 편광판을 형성한다. 상기 매질층들과 편광판들을 포토 장비 내에 장착하는 경우도 가능하다. 이와 같은 반도체 장치에 의해서, 빛의 위상 및 편광을 이용하여 이미지의 콘트라스트 및 해상도를 향상시킬 수 있고, 고집적 소자의 디자인 룰을 만족시킬 수 있다.

Description

포토마스크{PHOTOMASK}

본 발명은 포토마스크(photomask)에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 빛의 위상(phase) 및 편광(polarization)을 이용하여 콘트라스트(contrast) 및 해상도(resolution)를 향상시키는 포토마스크에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 타이트(tight)한 디자인 룰(design rule)이 더욱 요구되고 있다.

이러한 고집적 소자를 구현하기 위해 노광 설비 적인 측면과 마스크 측면에서 여러 가지 기술이 개발되고 있다.

먼저, 노광 설비 적인 측면에서 보면, 단파장화, 대구경화, 오프 축 일루미네이션(off axis illumination), 플렉스(flex) 방법 등이 개발되고 있다.

그런데, 이러한 작업들은 비용이 매우 많이 소요될 뿐아니라 기술적 한계에 빠르게 도달하는 경향이 있다.

마스크 측면에서는 사이드 로브(side lobe)를 감소시킴으로써 콘트라스트(contrast)를 향상시키는 하프 톤 PSM(half-tone Phase Shift Mask; H/T PSM)과, 인접 패턴(pattern) 간의 위상차(phase difference)를 이용하여 콘트라스트를 향상시키는 PSM(Levenson type PSM) 등이 개발되었다.

상기 하프 톤 PSM은, 해상도의 한계 때문에 콘택층(CNT layer)에만 사용되나, 물질의 불안정으로 인해 크리티컬(critical)한 패턴에서는 사용되지 못하는 단점을 갖는다.

그리고, 상기 Levenson PSM 마스크는, 0차 회절광을 거의 0이 되게 하고, 웨이퍼(wafer)에 1차 회절광이 우세하게 전사되게 하여 웨이퍼에 전사된 이미지의 콘트라스트를 향상시킨다. 그러나, 인접 패턴과의 위상차를 이용하기 때문에 반복적이지 못한 패턴에서는 사용이 어렵고, 간섭 회로(interface circuit)에 대해서는 위상차를 주기가 매우 어려워 사용할 수 없는 단점을 갖는다.

도 1은 종래의 포토마스크를 보여주는 수직 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 포토마스크는, 노멀 바이너리 마스크(normal binary mask)인 마스크 기판(1)과, 광차단막 패턴(2)을 포함한다.

입사광(3)이 상기 마스크 기판(1)을 통과하면 0차 회절광(4a, 4b) 및 1차 회절광(+1, -1)(5a, 5b, 6a, 6b)이 발생되고, 이 광들(0, +1, -1)(4, 5, 6)이 포토 장비의 렌즈(lens)로 입사된다.

이때, 큰 패턴의 경우, 하이 오더(high order) 회절광(+1, -1)(5b, 6b)이 렌즈에 모두 입사되어 패턴 형성에 있어서 문제가 되지 않으나, 작은 패턴의 경우는 하이 오더 회절광(+1, -1)(5a, 6a)의 회절각이 커서 모두 입사되지 않기 때문에 이미지의 콘트라스트를 감소시키는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 빛의 편광성을 이용하여 해상도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 포토마스크를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 고집적 소자의 디자인 룰을 만족시킬 수 있는 포토마스크를 제공함에 있다.

(구성)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 포토마스크는, 마스크 기판과; 상기 마스크 기판 상에 형성된 광차단막 패턴과; 상기 광차단막 패턴을 포함하여 상기 마스크 기판 상에 형성된 제 1 매질층과; 상기 제 1 매질층 상에 형성되어 있되, 광학축을 갖는 물질로 형성된 제 2 매질층과; 상기 제 2 매질층 상에 형성되어 있되, 상기 제 2 매질층 투과하여 나오는 0차 회절광을 어느 정도 컷 오프 시키는 방향성을 갖는 제 1 편광판과; 상기 제 1 편광판 상에 형성되어 있되, 상기 제 2 매질층이 갖는 광학축과 90 도의 위상차를 갖는 물질로 형성된 제 3 매질층과; 상기 제 3 매질층 상에 상기 제 1 편광판과 같은 방향성을 갖는 제 2 편광판을 포함한다.

이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 매질층은, 상기 마스크 기판을 투과하는 입사광의 편광 상태와 빛의 진행 방향이 변하지 않도록 하는 투명한 물질로 형성된다.

이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 매질층 및 제 3 매질층은, 크리스털 및 액정 물질 중 어느 하나이다.

이 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 3 매질층은, 상기 제 2 매질층 및 제 1 편광판을 투과한 1차 회절광의 세기를 향상시킨다.

(작용)

본 발명에 의한 포토마스크는 빛의 위상 및 편광을 이용하여 이미지의 해상도 및 콘트라스트를 향상시킨다.

(실시예)

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 포토마스크는, 마스크 기판(10) 상에 광차단막 패턴(12)을 형성한다. 상기 광차단막 패턴(12) 상에 투명한 물질로 제 1 매질층(14)을 형성하고, 상기 제 1 매질층(14) 상에 광학축을 갖는 제 2 매질층(15)을 형성하고, 상기 제 2 매질층(15) 상에 0차 회절광(22a, 22b)을 어느 정도 컷 오프 시키는 방향성을 갖는 제 1 편광판(16)을 형성한다. 상기 제 1 편광판(16) 상에 상기 제 2 매질층(15)이 갖는 광학축과 90 도의 위상차를 갖는 물질로 형성된 제 3 매질층(17)을 형성하고, 상기 제 3 매질층(17) 상에 상기 제 1 편광판(16)과 같은 방향성을 갖는 제 2 편광판(18)을 형성한다. 상기 매질층들(14, 15, 17)과 편광판들(16, 18)을 포토 장비(50) 내에 장착하는 경우도 가능하다. 이와 같은 반도체 장치에 의해서, 빛의 위상 및 편광을 이용하여 이미지의 콘트라스트 및 해상도를 향상시킬 수 있고, 고집적 소자의 디자인 룰을 만족시킬 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3에 있어서, 도 2에 도시된 포토마스크의 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크를 보여주는 수직 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크는, 마스크 기판(10)과, 광차단막 패턴(12)과, 제 1 내지 제 3 매질층(14, 15, 17)과, 제 1 및 제 2 편광판(16, 18)을 포함한다.

상기 마스크 기판(10)은, 일반적으로 마스크 기판으로 사용되는 석영 물질로 형성된다.

상기 광차단막 패턴(12)은, 상기 마스크 기판(10) 상에 형성된 크롬(Cr) 물질로서 입사광(20)의 일부를 차단시킨다.

상기 광차단막 패턴(12)이 형성되지 않은 홀(hole)을 통해 0차 회절광(22a, 22b) 및 1차 회절광(+1, -1)(23a, 23b, 24a, 24b)을 포함한 하이 오더(high oder) 회절광이 투과된다. 0차 회절광(22a, 22b)과 하이 오더 회절광(+1, -1)(23a, 23b, 24a, 24b)은 같은 편광 상태를 갖는다.

홀의 폭이 작은 영역을 통과하는 투과광의 1차 회절광들(+1, -1)(23a, 24a)의 회절각이 홀의 폭이 큰 영역을 통과하는 투과광의 1차 회절광들(+1, -1)(23b, 24b)의 회절각보다 상대적으로 크게 된다.

상기 제 1 매질층(14)은, 상기 광차단막 패턴(12)을 포함하여 상기 마스크 기판(10) 상에 형성되어 있다. 상기 제 1 매질층(14)은, 상기 마스크 기판(10)을 투과하는 입사광(20)의 편광 상태와 빛의 진행 방향이 변하지 않도록 하는 투명한 물질로 형성된다.

상기 제 2 매질층(15)은, 상기 제 1 매질층(14) 상에 형성되어 있고, 광학축을 갖는 물질 예를 들어, 크리스털(crystal) 또는 액정 물질 등으로 형성된다.

상기 제 2 매질층(15)을 상기 0차 회절광(22a, 22b) 및 1차 회절광(+1, -1)(23a, 23b, 24a, 24b)이 투과하는데 있어서, 입사각이 서로 다르기 때문에 유효 광학 길이(effective optical length)가 서로 다르게 되고, 또한 편광 상태가 서로 다르게 된다.

상기 제 1 편광판(16)은, 상기 제 2 매질층(15) 상에 형성되고, 상기 제 2 매질층(15)을 투과하여 나오는 0차 회절광들(22a, 22b)을 어느 정도 컷 오프(cut-off)시키는 방향성을 갖는다.

그런데, 상기 제 2 매질층(15)을 투과하여 나오는 1차 회절광들(+1, -1)(23a, 23b, 24a, 24b)의 세기가 패턴의 모양과 피치(pitch)에 의존하게 된다. 이를 방지하기 위해, 상기 제 1 편광판(16) 상에 상기 제 3 매질층(17) 및 제 2 편광판(18)이 형성되어 있다.

상기 제 3 매질층(17)은, 상기 제 2 매질층(15)과 같은 광학축을 갖는 크리스털 또는 액정 물질로서, 단지 상기 제 2 매질층(15)과 90 도의 위상차를 갖는다.

그리고, 상기 제 2 편광판(18)은, 상기 제 1 편광판(16)과 같은 방향으로 형성된다.

그러면, 최종적으로 상기 제 2 편광판(18)을 투과하여 나오는 0차 회절광들(22a', 22b')의 세기는 거의 0이 되고 및 1차 회절광들(+1, -1)(23a', 23b', 24a', 24b')의 세기가 증가된다.

상술한 바와 같이, 편광을 이용하여 0차 회절광을 어느 정도 컷 오프 시키고, 다른 회절광을 통과시키면 작은 패턴에 대한 패터닝도 가능하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매질층들(14, 15, 17) 및 편광판들(16, 18)을 장착한 포토 장비(50)를 보여주는 수직 단면도이다.

상기 매질층들(14, 15, 17)과 편광판들(16, 18)을 상기 포토마스크에 장착하지 않고 도 3에 도시된 바와 같이, 포토 장비(50)에 장착할 수도 있다.

즉, 상기 포토 장비(50)의 입구 렌즈(entrance lens)(52)의 앞단에 상기 매질층들(14, 15, 17)과 편광판들(16, 18)을 장착하는 경우, 마찬가지의 결과를 주게 되어 디자인 룰을 만족시키게 된다.

본 발명은 빛의 위상 및 편광을 이용하여 이미지의 콘트라스트 및 해상도를 향상시킬 수 있고, 고집적 소자의 디자인 룰을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 포토마스크를 보여주는 수직 단면도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크를 보여주는 수직 단면도;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매질층 및 편광판을 장착한 포토 장비를 보여주는 수직 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 10 : 마스크 기판 2, 12 : 광차단막 패턴

3, 20 : 입사광 4, 22 : 0차 회절광

5, 6, 23, 24 : 1차 회절광 14 : 제 1 매질층

15 : 제 2 매질층 16 : 제 1 편광판

17 : 제 3 매질층 18 : 제 2 편광판

50 : 포토 장비 52 : 입구 렌즈

Claims (4)

1. 마스크 기판(10)과;

   상기 마스크 기판(10) 상에 형성된 광차단막 패턴(12)과;

   상기 광차단막 패턴(12)을 포함하여 상기 마스크 기판(10) 상에 형성된 제 1 매질층(14)과;

   상기 제 1 매질층(14) 상에 형성되어 있되, 광학축을 갖는 물질로 형성된 제 2 매질층(15)과;

   상기 제 2 매질층(15) 상에 형성되어 있되, 상기 제 2 매질층(15) 투과하여 나오는 0차 회절광을 어느 정도 컷 오프 시키는 방향성을 갖는 제 1 편광판(16)과;

   상기 제 1 편광판(16) 상에 형성되어 있되, 상기 제 2 매질층(15)이 갖는 광학축과 90 도의 위상차를 갖는 물질로 형성된 제 3 매질층(17)과;

   상기 제 3 매질층(17) 상에 상기 제 1 편광판(16)과 같은 방향성을 갖는 제 2 편광판(18)을 포함하는 포토마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 매질층(14)은, 상기 마스크 기판(10)을 투과하는 입사광(20)의 편광 상태와 빛의 진행 방향이 변하지 않도록 하는 투명한 물질로 형성되는 포토마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 매질층(15) 및 제 3 매질층(17)은, 크리스털 및 액정 물질 중 어느 하나인 포토마스크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3 매질층(17)은, 상기 제 2 매질층(15) 및 제 1 편광판(16)을 투과한 1차 회절광(+1, -1)의 세기를 향상시키는 포토마스크.

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